Amplificateur Optique à Semi-conducteurs de Puissance à

Amplificateur Optique à Semi-conducteurs de Puissance à très large Bande-
Passante
Premier auteur, Deuxième auteur, Troisième auteur
Laboratoire IMS
351, Cours de la Libération
33405 Talence Cedex, France
Deuxième laboratoire éventuel
Première ligne de la seconde adresse
etc . . .
E-mail : [e-mail]
Résumé
Porté par le succès des réseaux sociaux, de la vidéo à la
demande, et par la multiplication des plateformes mobiles de
contenus multimédias, le trafic de données sur Internet
continue de croitre chaque année. Afin de répondre à ce
besoin d’augmentation du trafic de données, nos travaux
visent à augmenter la capacité des systèmes de transmission
actuels en développant et en industrialisant un nouvel
amplificateur optique à semi-conducteur de large bande
passante. Cet amplificateur optique doit répondre à des
contraintes industrielles (compacité, consommation, fiabilité,
coût…) avec des performances de gain (>20dB, >100nm), de
puissance de sortie et de saturation (~24dBm), et de facteur de
bruit (NF<7.5dB). L’optimisation de ces paramètres dépend
principalement des matériaux de la couche active, tout
d’abord étudiés par simulation puis validés lors de mesures
expérimentales. L'augmentation de la puissance de saturation
implique par exemple une réduction du confinement optique
dans le guide tout en conservant des pertes de propagation
suffisamment faibles, puis en augmentant la longueur du SOA
afin d'y injecter des courants importants. Cette optimisation
est similaire à ce qui est nécessaire pour obtenir des lasers de
forte puissance mais doit tenir compte des contraintes
spécifiques à un amplificateur optique à large bande que sont
la variation de l’indice de réfraction des matériaux avec la
longueur d’onde et l’augmentation de la densité de porteurs
selon le régime de fonctionnement.
1. Introduction
Les amplificateurs optiques à semi-conducteurs
(SOA) sont des composants optoélectroniques constitués
d’une cavité optique amplificatrice, généralement
composée de matériaux semi-conducteurs III-V. La
structure est voisine de celle d’un laser Fabry-Pérot mais
les deux facettes du guide d’onde bénéficient d’un
traitement antireflet afin d’éviter l’effet laser dans la
cavité. Un signal lumineux se propageant dans le SOA est
alors amplifié lors d’un unique passage. En
fonctionnement, le composant est polarisé de manière à
injecter des porteurs électriques dans la cavité. Les
photons incidents du signal se propageant dans le SOA
forcent la recombinaison des porteurs électriques présents
dans le composant, ce qui aboutit à l’émission de photons
cohérents, identiques aux photons incidents.
Les gains obtenus dans un SOA peuvent varier entre
10 et 50dB au point de fonctionnement. Ces composants
sont utilisés pour des transmissions ou des opérations
logiques de signaux optiques et opèrent pour des
longueurs d’onde entre 850 et 1550nm. Ils présentent
l’avantage d’une petite taille et d’une faible
consommation électrique, ainsi que d’une large bande-
passante en comparaison avec d’autres techniques
d’amplification optique comme les EDFA. Ils sont
cependant pénalisés par une puissance de sortie plus
faible, un bruit plus important et des non-linéarités qui
peuvent provoquer une déformation du signal transmis.
De nombreux efforts ont été portés pour améliorer les
performances des SOA afin d’étendre leur utilisation à de
nouveaux domaines.
Nous présentons dans cet article le développement
d’une nouvelle génération d’amplificateurs optiques à
semi-conducteurs (SOA) dont la bande passante dépasse
les 100nm, environ trois fois la bande-passante d’un SOA
classique. Ces composants présentent de plus un gain de

xx dB à 600mA, un facteur de bruit de 6.5dB, une
puissance de sortie de 25dBm et une puissance de
saturation de xxdBm.
2.Description du composant
2.1. Ruban
Un amplificateur optique à semiconducteurs équivaut
à une diode PiN polarisée en direct. Afin de favoriser
l’injection du courant dans le composant et de minimiser
les pertes sur les côtés du composant, les côtés du guide
d’onde sont isolés par du xx et le ruban est recouvert de
phosphure d’indium dopé p (InP-p). Cette technique est
nommée « semi-buried hetero-structure ».
Les composants présentés ici ont un ruban de 4.5µm
de large et 4mm de long. Ils sont tiltés à 7° et pourvus de
traitement antireflet des deux côtés, ce qui porte la
réflectivité sur les facettes à -60dB.
2.2. Zone active
. Les performances présentées sont atteintes grâce à
une structure de 6 puits quantiques en alliage quaternaire
GaInAsP. D’autres types de structures sont possibles pour
réaliser l’amplification dans un SOA. On trouve ainsi des
SOA dits « bulk », dans lesquels l’amplification a lieu
dans la couche épaisse d’un seul matériau à gain, et des
SOA à boîtes quantiques, qui piègent les porteurs de
charge à des emplacements précis régulièrement répartis
dans la cavité optique. Les SOA à puits quantiques sont à
mi-chemin entre ces deux structures : les porteurs sont
confinés par les puits quantiques dans une direction
seulement, et libres dans le plan perpendiculaire aux
facettes. Cela permet d’obtenir un gain important à des
courants assez faibles et d’atteindre des puissances de
saturation intéressantes.
2.3. Semelle
La présence d’une semelle sous la zone active permet
de diminuer le confinement du mode optique dans les
couches supérieures d’InP-p. Cela permet de diminuer les
pertes dans le composant qui sont principalement dues à
la propagation dans ces couches.
Deux approches sont étudiées : une semelle massive,
et une semelle diluée. Pour la première il s’agit d’une
couche épaisse d’alliage quaternaire GaInAsP d’indice de
réfraction plus élevé que le substrat mais moins que les
puits quantiques. La deuxième est une alternance d’InP-n
et d’alliage quaternaire GaInAsP afin d’ajuster plus
finement l’indice de réfraction moyen de la semelle et de
jouer sur la géométrie du mode optique.
3.Simulations
4. Mesures
4.1. Caractérisation électrique et mesure de
puissance
La caractérisation électrique des composants
s’effectue par une mesure en tension de la diode PiN
commandée en courant. Cette mesure est réalisée sur des
composants en barrette et sans régulation thermique. Afin
de limiter l’échauffement des composants lors de
l’injection du courant on effectue la mesure avec un
courant pulsé par la méthode des quatre pointes.
On évalue la puissance de sortie des SOA par une
mesure de la puissance optique avec une commande en
courant pulsé. La puissance est mesurée avec une sphère
intégratrice qui permet de s’affranchir des contraintes de
couplage des composants.
Gauche
Centre
Droite
C’est un
tableau
exemple
Table 1. Exemple de long titre nécessitant plus d'une ligne. Il
n'est pas centré mais justifié et indenté avec une marge
additionnelle de 1 pica (ou 0,5 cm) de chaque côté.
Figure 1. Titre de figure court : centré
4.1.1. Sous-sous-section exemple.
Exemple du texte à écrire à la suite de la sous-sous-
section exemple.
4.2. Caractérisation Optique
La caractérisation optique des SOA est réalisée sur des
composants montés sur des embases munies de
thermistances, ce qui permet de réguler les composants
en température avec un Peltier lors des
différentes mesures. Etant donnée la longueur des
composants (4mm) l’injection de courant est faites avec
deux pointes pour diminuer la résistance série.
La lumière est collectée à la sortie du composant dans
une fibre optique lentillée reliée à un analyseur de spectre
optique ou un puissancemètre par le biais d’un switch. A
l’entrée du composant la lumière est injectée par une fibre
optique depuis un laser accordable, en passant par un
contrôleur de polarisation. L’entrée est raccordée à un
deuxième puissancemètre par le biais du switch. Le
couplage du composant aux deux fibres optiques
s’effectue en effet par la mesure de la puissance
d’émission spontanée que l’on peut lire sur les
puissancemètres. Le couplage est optimal à un courant
d’injection donné lorsque la puissance mesurée est
maximale. On l’ajuste en déplaçant l’extrémité de la fibre
face à la facette du SOA avec des vis micrométriques
jusqu’à trouver la bonne position. On mesure des pertes
de couplage de 3dB de chaque côté du SOA.
L’analyseur de spectre optique permet de lire la
puissance émise par le composant en fonction de la
longueur d’onde.

5.Résultats
5.1Bande-passante
5.2Gain
5.3Mode Optique
6.Rappels
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ce format. Si vous avez des questions envoyez un courriel
à [e-mail].
7. Conclusions
Références
[1] A. Auteur, B. Auteur and C. Auteur, "Titre de la
publication", Journal de Microélectronique 12 (2006) pp
125-128.